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Die Erfindung betrifft eine Hitzeschutzvorrichtung für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Hitzeschutzvorrichtung.
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Im Stand der Technik ist das Problem bekannt, dass insbesondere bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, jedoch auch bei elektrischen Fahrzeugen, heiße Bauteile wie der Motor oder der Auspuff Hitze auf andere Bauteile übertragen, beispielsweise einen Tank des Fahrzeugs wie einen Kraftstofftank oder elektronische Bauteile. Zur Abschirmung der hitzeempfindlichen Bauteile werden im Stand der Technik Hitzeschutzvorrichtungen verwendet, um bei einer Fahrt des Fahrzeugs an einem heißen Bauteil vorbei strömende und sich dabei erwärmende Luft von einem vor Hitze zu schützenden Bauteil weg zu führen.
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Die
DE 10 2011 086 080 A1 betrifft hierzu ein Wärme-Abschirmelement umfassend ein Wärme-Abschirmblech aus mindestens einer Lage aus Blech, weiter umfassend mindestens ein Randelement, das aus einem elastischen Material gefertigt ist, und das am Rand des Wärme-Abschirmblechs mit diesem verbunden ist.
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Durch die Verwendung des elastischen Materials wird dabei der Vorteil erreicht, dass bei äußeren Einwirkungen wie einem Steinschlag das Wärme-Abschirmelement so schadenfrei bleibt, dass es nicht gleich ausgetauscht werden muss. Zu diesem Zweck können Bereiche des Wärme-Abschirmelements durch einen Falz miteinander verbunden sein.
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Dabei wird jedoch nicht das Problem gelöst, dass sich eine Hitzeschutzvorrichtung wie das oben genannte Wärme-Abschirmelement durch erhitzte Luft selbst aufheizen kann und diese Hitze in Form von Wärmestrahlung wieder abgeben kann, bzw. dass die an dem Hitzeschutz vorbei strömende erhitzte Luft direkt auf einen weiteren Hitzeschutz trifft und diesen dann ebenfalls aufheizt, der wiederum Wärmestrahlung abgibt, beispielsweise in Richtung eines vor Hitze zu schützenden Bauteils.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Schutz vor Hitze eines zu schützenden Bauteils zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Hitzeschutzvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend ein vorderes Strömungsleitblech und ein in Strömungsrichtung von Luft hinterhalb angeordnetes hinteres Strömungsleitblech, wobei das vordere und das hintere Strömungsleitblech jeweils dazu dienen, die sich an einem heißen Bauteil des Fahrzeugs erwärmende Luft von einem vor Hitze zu schützenden kalten Bauteil wegzulenken oder von diesem abzuhalten, wobei an einem in Strömungsrichtung hinteren Ende des vorderen Strömungsleitblechs mindestens ein in Richtung des heißen Bauteils abstehender Luftabweiser angeordnet ist und das vordere und das hintere Strömungsleitblech durch einen Spalt hinter dem Luftabweiser voneinander beanstandet sind, sodass die am vorderen Strömungsleitblech anliegende Luftströmung abgelenkt wird und durch den Spalt kühle Luft hinter dem Luftabweiser zur dem heißen Bauteil zugewandten Seite des hinteren Strömungsleitblechs geleitet wird.
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Der Luftabweiser kann dabei vollständig oder aber auch nur teilweise vor dem Spalt zwischen dem vorderen und dem hinteren Strömungsleitblech angeordnet sein. Der Luftabweiser des vorderen Strömungsleitblechs deckt daher zumindest einen Teilbereich des Spalts zwischen dem vorderen und dem hinteren Strömungsleitblech ab. Ferner können das vordere und hintere Strömungsleitblech mechanisch miteinander verbunden sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Hitzeschutzvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend ein Strömungsleitblech, das dazu dient, die sich an einem heißen Bauteil des Fahrzeugs erwärmende Luft von einem vor Hitze zu schützenden kalten Bauteil wegzulenken oder von diesem abzuhalten, wobei am Strömungsleitblech mindestens ein in Richtung des heißen Bauteils abstehender Luftabweiser angeordnet ist und in Strömungsrichtung der Luft hinter dem Luftabweiser ein Spalt in das Strömungsleitblech eingelassen ist, sodass die am Strömungsleitblech anliegende Luftströmung abgelenkt wird und durch den Spalt kühle Umgebungsluft hinter dem Luftabweiser zur dem heißen Bauteil gewandten Seite der hinteren Bereiche des Strömungsleitblechs geleitet wird.
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Die ersten beiden Aspekte der Erfindung unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass nach dem ersten Aspekt der Erfindung ein vorderes Strömungsleitblech und ein davon physisch getrenntes hinteres Strömungsleitblech verwendet werden, während gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Strömungsleitbleche als ein einziges Strömungsleitblech angesehen werden. Beiden Aspekten der Erfindung ist jedoch gemeinsam, dass der entscheidende technische Effekt durch die Anbringung eines jeweiligen Luftabweisers mit einem dahinter angeordneten Spalt erreicht wird. Oben und im Folgenden wird dabei jeder relative Begriff wie „vorderer“, „hinterer“, „dahinter“ oder Ähnliches in Bezug auf die Strömungsrichtung der vorbeiziehenden Luft gesehen, wobei die Luft insbesondere durch Fahrtwind an den jeweiligen Strömungsleitblechen vorbeizieht.
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Der jeweilige Luftabweiser bewirkt, dass eine Luftströmung, die an einem Strömungsleitblech („vorderen Strömungsleitblech“ gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung) auf der dem heißen Bauteil zugewandten Seite anliegt, von dem jeweiligen Strömungsleitblech in einer Normalenrichtung abgelenkt wird. An dem jeweiligen Luftabweiser entsteht daher zunächst ein Staudruck aber auch eine Richtungsumlenkung weg von dem jeweiligen Strömungsleitblech. Hinter dem jeweiligen Luftabweiser entsteht im Totwasserbereich ein Unterdruck, in dessen Bereich der Spalt angeordnet ist. Durch diesen Unterdruck wird Luft von der dem heißen Bauteil abgewandten Seite angesaugt und in Richtung der dem heißen Bauteil zugewandten Seite des jeweiligen Strömungsleitblechs geführt.
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Hinter dem Totwasserbereich entsteht außerdem eine Strömungsablösung, die durch die Richtungsumlenkung am Luftabweiser erzeugt wird. Die abgelöste Strömung zusammen mit der kühlen Luft von der dem heißen Bauteil abgewandten Seite führt daher dazu, dass nicht mehr die erhitzte Luft vor dem jeweiligen Luftabweiser unmittelbar auf das zweite Strömungsleitblech (nach dem ersten Aspekt der Erfindung) bzw. auf hintere Bereiche des Strömungsleitblechs (nach dem zweiten Aspekt der Erfindung) strömt, sondern kühle Luft zugemischt wird und damit das zweite Strömungsleitblech bzw. der hintere Bereich des Strömungsleitblechs besser gekühlt wird.
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Der jeweilige Luftabweiser kann dabei wie eine Wirkfläche eines Flugzeugs ausgebildet sein oder wie ein Spoiler am Heck eines Fahrzeugs. Der oben genannte technische Effekt wird unabhängig davon erreicht, ob der jeweilige Luftabweiser lediglich eine Umlenkung der strömenden heißen Luft zu bewirken bezweckt, oder lediglich eine Abrisskante darstellt, um einen Strömungsabriss entlang der dem heißen Bauteil zugewandten Seite zu erzeugen. Praktisch wird immer eine Kombination aus Umlenkung der strömenden Luft sowie eine Strömungsablösung von der Oberfläche erfolgen und daher kühlere Luft durch den Spalt in Richtung der dem heißen Bauteil zugewandte Oberfläche des jeweiligen Strömungsleitblechs strömen.
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Das jeweilige Strömungsleitblech ist nicht notwendigerweise ein metallisches Blech, wenn es jedoch auch wegen der Hitzebeständigkeit von Metall bevorzugt aus Metall gefertigt ist. Bevorzugt wird rostfreier Stahl oder Aluminium zur Herstellung des jeweiligen Strömungsleitblechs verwendet, aber auch Faserverbundwerkstoffe auf Basis von Kunststoffharz, wie Glasfaser-Kunststoff, sind möglich.
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Die verbesserte Führung der Luftströmung entlang des jeweiligen Strömungsleitblechs führt zu einer besseren Wärmeabschirmung eines zu schützenden Bauteils vor Hitze. Es ist daher eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass die abschirmende Wirkung von Strömungsleitblechen in Fahrzeugen durch eine kostengünstige Modifikation erheblich verbessert wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Luftabweiser als schräg angestellte Ebene ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Luftabweiser eine gekrümmte Kontur auf. Die gekrümmte Kontur stellt insbesondere eine gekrümmte Oberfläche eines Luftabweisers dar, sodass beispielsweise der Luftabweiser einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen kann. Andere aus der Luftfahrt bekannte Profile sind möglich, um die Strömungsführung der Luft an der dem heißen Bauteil zugewandten Seite des jeweiligen Strömungsleitblechs zu optimieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Luftabweiser eine zu einer Oberfläche des vorderen Strömungsleitblechs senkrechte Kante zum Erzeugen eines Strömungsabrisses der Strömung entlang des vorderen Strömungsleitblechs. Der Luftabweiser weist daher die Funktion einer Abrisskante auf, an der anliegenden Strömung an der dem heißen Bauteil zugewandten Seite des jeweiligen Strömungsleitblechs von der Oberfläche auf dieser Seite abgelöst wird, sodass ein Strömungsabriss stattfindet. Hinter der Abrisskante wird daher statt anliegender Strömung eine abgelöste Strömung erhalten, durch deren Wirbel die kühle, noch unerhitzte Luft, auf die hinteren Bereiche des Strömungsleitblechs bzw. auf das zweite Strömungsleitblech strömt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das jeweilige Strömungsleitblech dazu ausgeführt, die vom heißen Bauteil erwärmte Luft in Richtung einer Unterbodenströmung des Fahrzeugs abzuleiten. Die Unterbodenströmung des Fahrzeugs ist eine durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbst erzeugt Luftströmung zwischen dem Unterboden und der Straße. Die Unterbodenströmung weist eine Übergeschwindigkeit im Vergleich zur Umgebung auf und führt daher von dem heißen Bauteil erwärmte Luft am schnellsten ab.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Strömungsleitblech eine Vielzahl von Luftabweisern auf, wobei die Luftabweiser quer und längs zur Strömungsrichtung der Luft zueinander beanstandet angeordnet sind. Die Vielzahl der Luftabweiser mit den jeweiligen dahinter angeordneten Spalten erreicht die mehrfache Ablösung der Strömung und das Ansaugen von noch unerhitzter Luft von der dem heißen Bauteil abgewandten Seite des jeweiligen Strömungsleitblechs.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Luftabweiser ein aus dem jeweiligen Strömungsleitblech herausgebogener Teil des Strömungsleitblechs. Während der jeweilige Luftabweiser auf dem jeweiligen Strömungsleitblech als separates Bauteil aufgebracht sein kann, wird gemäß dieser Ausführungsform das Strömungsleitblech insbesondere U-förmige aufgeschnitten und an der noch anliegenden Kante der Ausschnitt vom übrigen Strömungsleitblech weg gebogen. Die stellt eine besonders kostengünstige Herstellungsart des Strömungsleitblechs mit zumindest einem Luftabweiser dar, und stellt sicher, dass ein jeweiliger Spalt hinter einem jeweiligen Luftabweiser in der gewünschten Größe angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das jeweilige Strömungsleitblech vor einem Kraftstofftank zum Hitzeschutz des Kraftstofftanks angeordnet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Hitzeschutzvorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Hitzeschutzvorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine Hitzeschutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Eine Hitzeschutzvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3: Alternative Strömungsleitbleche und Luftabweiser gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.
- 4: Ein Fahrzeug mit einer Hitzeschutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Hitzeschutzvorrichtung 10 für ein Fahrzeug 100. Ein metallisches Strömungsleitblech 1 dient dazu, die sich an einem unterhalb gelegenen heißen Bauteil 3, eine Abgasleitung des Fahrzeugs 100, erwärmende Luft von einem vor Hitze zu schützenden kalten Bauteil 4, einem Kraftstofftank, abzuhalten. Im gezeichneten Zustand der 1 liegt eine Luftströmung von links nach rechts vor, das heißt das Fahrzeug 100 fährt nach links wie in 4 angedeutet. Beim Eintritt am vorderen Ende des Strömungsleitblechs 1 liegt die Strömung an der Unterseite, das heißt der dem heißen Bauteil 3 zugewandten Seite, am Strömungsleitblech 1 an. Am Strömungsleitblech 1 sind mehrere in Richtung des heißen Bauteils 3 abstehende Luftabweiser 5 angeordnet. Unmittelbar in Strömungsrichtung der Luft hinter jedem der Luftabweiser 5 ist ein jeweiliger Spalt 6 in das Strömungsleitblech 1 eingelassen, sodass die am Strömungsleitblech 1 anliegende Luftströmung abgelenkt und abgelöst wird. Durch den Spalt 6 strömt wegen des Unterdrucks hinter dem jeweiligen Luftabweiser 5 kühle Umgebungsluft zur dem heißen Bauteil 3 gewandten Seite der hinteren Bereiche des Strömungsleitblechs 1.
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2 zeigt eine Hitzeschutzvorrichtung 10 für ein Fahrzeug 100, aufweisend ein vorderes Strömungsleitblech 1 und ein in Strömungsrichtung der Luft hinterhalb angeordnetes hinteres Strömungsleitblech 2. Im Gegensatz zu der Hitzeschutzvorrichtung 10 der 1 ist die Hitzeschutzvorrichtung 10 der 2 in ein vorderes Strömungsleitblech 1 und in ein hinteres Strömungsleitblech 2 getrennt. Die Strömungsleitbleche 1,2 dienen jedoch ebenfalls dazu, die sich an einem heißen Bauteil 3 des Fahrzeugs 100 erwärmende Luft von einem vor Hitze zu schützenden kalten Bauteil 4 wegzulenken und von diesem abzuhalten. Das heiße und das kalte Bauteil 3,4 sind in 2 nicht mehr dargestellt. An einem in Strömungsrichtung hinteren Ende des vorderen Strömungsleitblechs 1 ist ein in Richtung des heißen Bauteils 3 abstehender Luftabweiser 5 angeordnet und das vordere und das hintere Strömungsleitblech 1,2 sind durch einen Spalt 6 hinter dem Luftabweiser 5 voneinander beanstandet, sodass die am vorderen Strömungsleitblech 1 anliegende Luftströmung abgelenkt wird und durch den Spalt 6 kühle Luft hinter dem Luftabweiser 5 zur dem heißen Bauteil 3 zugewandten Seite des hinteren Strömungsleitblechs 2 geleitet wird. Durch die gestrichelten Pfeile sind in der 2 die Richtungen und Orientierungen der Stromfäden in der Luftströmung angedeutet. Die heiße Luft an der Unterseite des ersten Strömungsleitblechs 1 wird durch den Luftabweiser 5 nach unten in Richtung des heißen Bauteils 3 abgelenkt. Gleichzeitig strömt durch den entstehenden Unterdruck hinter dem Luftabweiser 5 eine Strömung durch den Spalt 6, welche turbulent jedoch gekühlt auf das zweite Strömungsleitblech 2 trifft. Somit wird die am ersten Strömungsleitblech 1 erhitzte Luft nicht direkt auf das zweite Strömungsleitblech 2 geführt.
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3 zeigt verschiedene Bauarten des Luftabweisers 5, wie es sich für ein jeweiliges Strömungsleitblech 1, beispielsweise nach 1 oder 2, eignet. In den Teilbildem A und B weist der Luftabweiser 5 eine gekrümmte Kontur auf. In Teilbild C stellt der Luftabweiser 5 eine zu einer Oberfläche des vorderen Strömungsleitblechs 1 senkrechte Kante zum Erzeugen eines Strömungsabrisses der Strömung entlang des vorderen Strömungsleitblechs 1 dar. Alle Ausführungsformen der Teilbilder weisen ihre jeweiligen Vor- und Nachteile auf bzw. speziellen Eigenschaften bezüglich der Strömungsführung entlang des jeweiligen Strömungsleitblechs 1 auf. Die jeweils optimale Form sollte der jeweiligen Situation angepasst werden, je nach Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und anderen Faktoren der an dem jeweiligen Strömungsleitblech 1 anliegenden Luftströmung.
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4 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einer Hitzeschutzvorrichtung 10 wie nach 1, 2, oder einer der 3.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086080 A1 [0003]
